Sasobit溫拌橡膠瀝青混合料施工溫度和路用性能研究

帕爾哈提·肉孜

（新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設計研究院，新疆 烏魯木齊 830001）

0 引言

溫拌瀝青混合料技術由于其較低的生產和施工溫度，不但能適應低溫環(huán)境施工而且具有較少的環(huán)境污染，同時能節(jié)約施工資源，所以自溫拌混合料技術問世以來就受到了廣泛的關注和研究[1-4]。根據相關研究[5]，溫拌技術可以使得混合料的施工溫度下降20℃～40℃左右，溫度的降低意味著能耗的降低，同時由于高溫導致的環(huán)境污染可以得到抑制。通常條件下，瀝青混合料的生產拌和溫度是根據施工規(guī)范中提出的黏溫曲線進行確定[6]。但是，許多研究人員指出，對于溫拌瀝青混合料而言，這種基于等黏度原則確定的施工拌和溫度適用性并不好[7]。目前，在道路工程施工過程中，不少單位往往根據原材廠家提供的生產條件來推斷溫拌混合料的生產拌和溫度以及壓實施工溫度[8]。然而，不同生產廠家的溫拌劑性能存在差異，不同的溫拌劑對瀝青混合料施工溫度和路用性能產生的影響也不一樣[9]。因此，本文以摻加Sasobit溫拌劑的橡膠瀝青混合料為研究對象，分別采用等黏度原則下的黏溫曲線確定施工溫度以及基于體積指標確定施工溫度兩種方法，對比分析兩種方法的合理性以確定較為合適的施工溫度。進一步，對比橡膠瀝青混合料的路用性能，研究Sasobit溫拌瀝青混合料的路用性能。

1 試驗材料

1.1 原材料

試驗采用殼牌90號基質瀝青，其技術指標如表1所示。橡膠粉采用40目斜胎膠粉，其技術指標如表2所示。溫拌摻加劑Sasobit為Saaol-Wax生產產品，其熔點為99℃，當溫度高于116℃則可完全溶于瀝青膠結料。

表1 基質瀝青技術指標

表2 橡膠粉技術指標

1.2 改性瀝青制備

a）橡膠瀝青的制備 本文將22%（橡膠粉用量與基質瀝青用量比）的40目橡膠粉摻加入基質瀝青中，在180℃和2 500 r/min的條件下高速剪切60 min，攪拌制得的橡膠瀝青直接用于拌和混合料以及制備溫拌橡膠瀝青。

b）Sasobit溫拌橡膠瀝青的制備 在制備好的橡膠瀝青中加入一定量的Sasobit溫拌劑，在同樣的剪切條件下攪拌反應5～10 min，攪拌制得溫拌橡膠瀝青，用以施工溫度的確定以及拌和混合料研究其路用性能。

2 施工溫度的確定

2.1 基于黏溫曲線的施工溫度研究

通過Brookfield旋轉黏度測試儀來測定橡膠瀝青以及Sasobit溫拌橡膠瀝青的黏度，不同溫度以及不同Sasobit摻量（摻量為0即指橡膠瀝青）下的黏度如圖1所示。通過圖1可以看出，溫度升高，膠結料的黏度明顯下降。各試驗溫度下，隨著Sasobit摻量的增加，膠結料黏度逐漸下降；但是當Sasobit摻量超過3%以后，黏度下降趨勢逐漸變緩。為分析Sasobit摻量對黏度降低的影響，引入降黏比這一指標。降黏比是指同樣試驗溫度下，不同摻量的膠結料黏度下降值與橡膠瀝青黏度的比值，結果如圖2所示。通過圖2可以明顯看出，當Sasobit摻量在3%～4%之間時，降黏比達到最大值，隨著Sasobit摻量繼續(xù)增加，降黏比甚至略微下降。

圖1 不同條件下的膠結料黏度

圖2 不同Sasobit摻量的降黏比

在確定基質瀝青的拌和以及壓實溫度時，根據規(guī)范要求，測定其135℃和175℃溫度下的表觀黏度并繪制黏溫曲線，膠結料黏度達到規(guī)范要求的拌和溫度以及壓實溫度相對應的黏度范圍時，可確定其拌和以及施工溫度。按照此方法，圖3給出了不同Sasobit摻量條件下的黏溫曲線。假定各膠結料的拌和以及壓實溫度滿足規(guī)范規(guī)定黏度值，由此可確定各膠結料的拌和及壓實溫度。通過圖3可以看出，若基于此等黏原則，達到規(guī)定黏度時的拌和及壓實溫度基本均超過200℃?？梢?，基于黏溫曲線確定的施工溫度偏差較大，實際施工時不可取。

圖3 不同Sasobit摻量膠結料的黏溫曲線

2.2 基于目標空隙率確定施工溫度

瀝青路面的路用性能好壞與其壓實施工的效果關系密切，空隙率作為瀝青路面壓實達到要求的評價指標，基于該指標來確定混合料的施工溫度是合理的。根據施工控制的目標空隙率4%，采用馬歇爾擊實成型AC-13混合料試件，混合料級配如圖4所示，礦質集料以及礦粉均為石灰?guī)r質。根據橡膠瀝青混合料生產指導上推薦的溫度成型試件，確定AC-13橡膠瀝青混合料的最佳油石比為5.5%。

在最佳瀝青用量條件下成型橡膠瀝青AC-13和Sasobit溫拌橡膠瀝青AC-13，成型溫度為120℃、135℃、150℃、160℃、175℃、185℃，根據前面的研究，Sasobit摻量選擇 3%、3.5%、4%、5%，摻量為0即為橡膠瀝青混合料。分別測量不同壓實溫度下成型的試件空隙率，得到結果如圖5所示。

圖4 AC-13混合料級配曲線

圖5 混合料試件空隙率與壓實溫度關系

可以看出，不同摻量的混合料的空隙率均隨著壓實溫度的升高而逐漸減小。達到目標空隙率4%時，橡膠瀝青混合料的壓實溫度為178℃，摻加3.5%Sasobit溫拌劑的混合料的壓實溫度為145.5℃，摻加3%Sasobit溫拌劑的混合料的壓實溫度為148.6℃。也就是說，摻加3%～3.5%的Sasobit溫拌劑可以使得橡膠瀝青混合料的壓實溫度下降29.4℃～32.5℃?；诨旌狭系膲簩崪囟龋话慊旌狭系陌韬蜏囟雀哂趬簩崪囟?0℃～15℃，因此橡膠瀝青的拌和溫度為155.5℃～163.6℃。

對比兩種方法，基于黏溫曲線來確定Sasobit溫拌瀝青混合料的施工溫度偏頗較大，而基于目標空隙率確定的施工溫度有顯著下降，確實反映出了溫拌技術的效果。這是因為Sasobit在高于100℃的溫度條件下溶于橡膠瀝青中，對于混合料而言，它對集料顆粒之間的接觸具有良好的潤滑效應，因此有利于混合料的拌和以及壓實，所以相對而言降低了混合料的施工溫度。通過研究可以得出，Sasobit溫拌劑的摻量在3%～3.5%，拌和溫度為155.5℃～163.6℃，壓實溫度為145.5℃～148.6℃。

3 路用性能評價

選擇3.25%的Sasobit溫拌劑摻加在橡膠改性瀝青中，基于目標空隙率確定橡膠瀝青混合料及溫拌橡膠瀝青混合料的壓實溫度為178℃和160℃?；诖?，在最佳施工溫度的基礎上成型橡膠瀝青混合料試件和Sasobit（3.25%摻量）溫拌橡膠瀝青混合料，通過車轍試驗、低溫彎曲試驗、真空飽水馬歇爾試驗分別對混合料的高溫性能、低溫性能以及水穩(wěn)定性能進行分析。

3.1 高溫性能評價

橡膠瀝青混合料和Sasobit溫拌橡膠瀝青混合料的車轍試驗結果如表3所示。

表3 混合料車轍試驗結果

通過試驗可以看出，加入Sasobit溫拌劑后，混合料的動穩(wěn)定度要高于普通橡膠瀝青混合料，這就說明加入Sasobit溫拌劑后混合料的高溫性能得到明顯提升。這是由于溫拌劑加入后混合料的溫度下降，使得瀝青混合料的老化現象得到弱化，同時溫拌劑摻加增加了瀝青膠結料與礦質集料的顆粒摩擦，混合料的黏聚力以及內摩擦角增大，進而提升了混合料的抗剪切能力。

3.2 低溫性能評價

橡膠瀝青混合料和Sasobit溫拌橡膠瀝青混合料的低溫彎曲試驗結果如圖6所示。

圖6 混合料低溫彎曲試驗結果

通過圖6可以看出，加入Sasobit溫拌劑后，混合料的最大彎拉應變、抗彎拉強度以及勁度模量均低于普通橡膠瀝青混合料，這就說明加入Sasobit溫拌劑后混合料的低溫性能下降。這是由于Sasobit溫拌劑的摻加導致橡膠瀝青延度下降，進而使得混合料的低溫性能下降，不利于混合料抵抗低溫開裂。

3.3 水穩(wěn)定性能評價

橡膠瀝青混合料和Sasobit溫拌橡膠瀝青混合料的真空飽水馬歇爾試驗結果如表4所示。

表4 混合料的真空飽水馬歇爾試驗結果

試驗過程中兩種混合料都沒有出現明顯的剝落現象，均表現出良好的抗水損害性能。通過表4可以看出，加入Sasobit溫拌劑后，穩(wěn)定度、浸水48 h后的穩(wěn)定度均高于普通橡膠AC-13，其殘留穩(wěn)定度可達到92.1%，混合料的抗水損害能力進一步得到提升。這是由于Sasobit溫拌劑可以使得膠結料與集料顆粒之間的黏附力進一步加強，從而使得水分進入混合料內部后，集料與集料、集料與膠結料之間由于水存在而產生的剝離進一步減弱，因此使得混合料的抗剝落能力增強，從而提升混合料的抗水損害能力。

4 結論

a）在確定橡膠瀝青混合料以及Sasobit溫拌橡膠瀝青混合料的壓實施工溫度時，通過控制混合料目標空隙率得到相應的壓實溫度比較符合實際。根據降黏效果以及目標空隙率控制方法，Sasobit溫拌劑的摻量為3%～3.5%，拌和溫度為155.5℃～163.6℃，壓實溫度為145.5℃～148.6℃。相比橡膠瀝青混合料，壓實溫度下降29.4℃～32.5℃。

b）Sasobit溫拌劑的加入不但使得橡膠瀝青混合料的施工溫度得到下降，而且路用性能也表現良好。與熱拌橡膠瀝青混合料相比，Sasobit溫拌劑的加入使得混合料的高溫性能以及水穩(wěn)定性能得到提升，但是低溫抗開裂性能卻稍有削弱。